稳态与环境种群的数量变化

1、怎样建构种群数量增长的模型？、怎样建构种群数量增长的模型？2、种群的数量是怎样变化的？、种群的数量是怎样变化的？3、什么是环境容纳量？、什么是环境容纳量？4、影响种群数量变化的因素有哪些？、影响种群数量变化的因素有哪些？本节聚焦本节聚焦必修必修3 第第4章章 第第2节节 种群数量的变化种群数量的变化教学重点教学重点 尝试建构种群增长的数学模型，并据此解释种群数量的变化。教学难点教学难点 建构种群增长的数学模型。课时安排课时安排 2课时课时1.细菌是真核生物细菌是真核生物还是原核生物？还是原核生物？2细菌的繁殖的细菌的繁殖的方式是什么？方式是什么？3细菌繁殖了细菌繁殖了n n代代后的数量是多少？后的数量是多少？细菌增长的数学模型研究细菌增长的数学模型研究4请在作业纸上绘制细菌增长的曲线图。请在作业纸上绘制细菌增长的曲线图。时间（时间（min）细胞数细胞数020406080100202122232425分裂分裂细菌繁殖产生的后代数量一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法 在营养和生存空间没有限制的情况下，在营养和生存空间没有限制的情况下，某某1个细菌每个细菌每20分钟分裂繁殖一代。讨论：分钟分裂繁殖一代。讨论：n代细菌数量的计算公式？代细菌数量的计算公式？72小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数小时后，由一个细菌分裂产生的细菌数量是多少？量是多少？在一个培养基中，细菌的数量会一直按照在一个培养基中，细菌的数量会一直按照这个公式增长吗？如何验证你的观点？这个公式增长吗？如何验证你的观点？解：解：n n 60min x72h60min x72h20min20min216216N Nn nn n 2 2216216 细菌数量不会永远按这个公式增长。可以用实验计数法来验证。将数学公式（将数学公式（Nn2n）变为曲线图）变为曲线图时间时间分钟分钟20 40 60 80 100 120 140 160 180细菌细菌数量数量 曲线图与数学方程曲线图与数学方程式比较，优缺点？式比较，优缺点？直观，直观，但不够精确。但不够精确。2 4 8 16 32 64 128 256 512一、建构种群增长模型的方法一、建构种群增长模型的方法1.1.数学模型：数学模型：是用来描述一个系统或它的性质的数学形式是用来描述一个系统或它的性质的数学形式4.4.数学模型建构的步骤数学模型建构的步骤2.2.数学模型的表现形式数学模型的表现形式:数学方程式数学方程式曲线图曲线图3.3.建构数学模型的意义建构数学模型的意义:描述、解释和预测种描述、解释和预测种群数量的变化。群数量的变化。数学模型的建构步骤：数学模型的建构步骤：研究实例研究实例 研究方法研究方法 细菌每细菌每20min分裂一次分裂一次在资源和空间在资源和空间无限多无限多的环的环境中，细菌种群的增长不境中，细菌种群的增长不会受种群密度增加的影响会受种群密度增加的影响Nn=2nN代表细菌数量，代表细菌数量，n表示第几代表示第几代观察、统计细菌数量，对自己观察、统计细菌数量，对自己所建立的模型进行检验或修正所建立的模型进行检验或修正提出合理的假设提出合理的假设观察研究对象，提出问题观察研究对象，提出问题根据实验数据，用适当的数学根据实验数据，用适当的数学形式对事物的性质进行表达形式对事物的性质进行表达通过进一步实验或观察等通过进一步实验或观察等，对模型进行检验或修正，对模型进行检验或修正科目一考试 http:/ http:/ 2016年科目二考试技巧、考试内容、考试视频细菌的数量个细菌的数量个理想条件下细菌数量增理想条件下细菌数量增长的推测，自然界中有长的推测，自然界中有此类型吗？此类型吗？某海岛上环颈雉某海岛上环颈雉种群数量的变化种群数量的变化自然界确有类自然界确有类似的细菌在理想条似的细菌在理想条件下种群数量增长件下种群数量增长的形式，如果以时的形式，如果以时间为横坐标，种群间为横坐标，种群数量为纵坐标画出数量为纵坐标画出曲线来表示，曲线曲线来表示，曲线大致呈大致呈“”型型二、种群增长的二、种群增长的“J”型曲线型曲线思考思考1：澳大利亚野兔能指数增长澳大利亚野兔能指数增长的特殊原因是什么呢？的特殊原因是什么呢？没有天敌。没有天敌。充足的食物。充足的食物。广阔的生活空间广阔的生活空间实例实例1：澳大利亚本来并没有兔子。澳大利亚本来并没有兔子。1859年，年，24只欧只欧洲野兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到洲野兔从英国被带到了澳大利亚。这些野兔发现自己来到了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里了天堂。因为这里有茂盛的牧草，却没有鹰等天敌。这里的土壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎的土壤疏松，打洞做窝非常方便。于是，兔子开始了几乎不受任何限制的大量繁殖。不到不受任何限制的大量繁殖。不到100年，兔子的数量达到年，兔子的数量达到6 亿只以上，遍布整个大陆。亿只以上，遍布整个大陆。实例实例1：20世纪世纪30年代，人们将环颈雉引年代，人们将环颈雉引入美国华盛顿州的一个入美国华盛顿州的一个海岛。海岛。19371942年间年间数量增长：数量增长：“J”型增长的数学模型型增长的数学模型 1 1、产生条件：、产生条件：理想状态理想状态食物充足，空间不限，气候食物充足，空间不限，气候适宜，没有敌害等；适宜，没有敌害等；（N N0 0为起始数量，为起始数量，t t为时间，为时间，N Nt t表示表示t t年后该种群的数量，年后该种群的数量，为年均增长率。）为年均增长率。）2 2、种群、种群“J”J”型增长的数学模型公式：型增长的数学模型公式：Nt=N0 t 种群的数量每年以一定的倍数增长，第二种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年是第一年的年是第一年的倍倍。例：我国自例：我国自13931990年以来人口年以来人口统计数据如下：统计数据如下：以上人口增长曲线符合哪种类型？以上人口增长曲线符合哪种类型？按照此曲线发展下去将会出现什么按照此曲线发展下去将会出现什么状况，鉴于我国人口的现状应当采取什状况，鉴于我国人口的现状应当采取什么措施？么措施？年份年份1393157817641849192819821990亿0.60.62.04.14.710.311.6存在存在环境阻力环境阻力自然条件（现实状态）自然条件（现实状态）食物等资源食物等资源和空间总是有限的，种内竞争不断加剧，捕和空间总是有限的，种内竞争不断加剧，捕食者数量不断增加。导致该种群的出生率降食者数量不断增加。导致该种群的出生率降低，死亡率增高低，死亡率增高 当出生率与出生率相等时，种群的增长当出生率与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平就会停止，有时会稳定在一定的水平 例例 生态学家高斯的实验生态学家高斯的实验种群经过一定种群经过一定时间的增长后，时间的增长后，曲线，称为曲线，称为“S”型曲线型曲线大草履虫种群的增长曲线P67种群数量达到环境所允许的最大值（种群数量达到环境所允许的最大值（K K值）后，值）后，将停止增长并在将停止增长并在K K值左右保持相对稳定。值左右保持相对稳定。A三、种群增长的三、种群增长的“S”型曲线型曲线A（1 1）问题探讨：）问题探讨：“S”型曲线：种群经过一定时间的增长后，数量型曲线：种群经过一定时间的增长后，数量 曲线。曲线。该实验中在第该实验中在第 天时增长率最快。天时增长率最快。环境容纳量（又称环境容纳量（又称 ）：在环境条件）：在环境条件 的情况下，的情况下，一定空间中所能维持的种群的最大的数量称为环境容纳量。一定空间中所能维持的种群的最大的数量称为环境容纳量。k/201002003004001234567时间时间/天天酵母数酵母数环境阻力环境阻力食物不足食物不足空间有限空间有限种内斗争种内斗争天敌捕食天敌捕食气候不适气候不适寄生虫寄生虫传染病等传染病等K值值:环境容纳量环境容纳量（2 2）种群的）种群的“S S”型增长到型增长到K K值后不再继续增加的原因值后不再继续增加的原因：内因是：内因是：外因是：外因是：种群增长的种群增长的“J”型曲线型曲线 种群增长的种群增长的“S”型曲线型曲线 在食物（养料）和在食物（养料）和空间条件充裕、气候适空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等宜、没有敌害等理想条理想条件件下，种群的数量往往下，种群的数量往往会会连续快速连续快速增长增长.在食物（养料）和空间等在食物（养料）和空间等有有限的条件限的条件下，种群数量呈现下，种群数量呈现S型型增长趋势增长趋势.N0:该种群的起始数量该种群的起始数量:种群数量是一年前的倍数种群数量是一年前的倍数Nt=N0tK值：值：环境容纳量环境容纳量k/2处：处：种群增长种群增长 速度最快速度最快种群增长的种群增长的“J J”型曲线型曲线种群增长的种群增长的“S S”型曲线型曲线1 1、同一种群的、同一种群的K K值是固定不变的吗？值是固定不变的吗？2 2、对大熊猫应采取什么保护措施？、对大熊猫应采取什么保护措施？3 3、对家鼠等有害动物的控制，应采取什么措施？、对家鼠等有害动物的控制，应采取什么措施？从环境容纳量的角度看，能得到什么启发？从环境容纳量的角度看，能得到什么启发？4 4、种群数量达到、种群数量达到K K值时，都能在值时，都能在K K值维持稳定吗？值维持稳定吗？对家鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物对家鼠等有害动物的控制，可以采取器械捕杀、药物捕杀等措施。从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降捕杀等措施。从环境容纳量的角度思考，可以采取措施降低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，低有害动物种群的环境容纳量，如将食物储藏在安全处，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，断绝或减少它们的食物来源；室内采取硬化地面等措施，减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌，等等。减少它们挖造巢穴的场所；养殖或释放它们的天敌，等等。大多数种群的数量总是在波动之中的，在大多数种群的数量总是在波动之中的，在不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。不利条件之下，还会急剧下降，甚至灭亡。四、种群数量的波动和下降四、种群数量的波动和下降东亚飞蝗种群数量的波动东亚飞蝗种群数量的波动在现实的生态系统中，种群数量除在现实的生态系统中，种群数量除增长外，还有没有其他变化？增长外，还有没有其他变化？四、四、种群数量的波动和下降种群数量的波动和下降 种群的数量是由出生率和死亡率、迁入种群的数量是由出生率和死亡率、迁入率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种率和迁出率决定的，因此，凡是影响上述种群特征的因素，都会引起种群数量的变化。群特征的因素，都会引起种群数量的变化。环境因素环境因素种群的出生率、死亡率、迁出和迁入种群的出生率、死亡率、迁出和迁入种群数量的变化种群数量的变化气候、食物、被捕食、传染病等气候、食物、被捕食、传染病等增或减增或减增长、波动、稳定、下降等增长、波动、稳定、下降等影响种群数量变化的因素影响种群数量变化的因素（1 1）有利于野生生物资源的合理利用及保护。）有利于野生生物资源的合理利用及保护。（2 2）为人工养殖及种植业中合理控制种群）为人工养殖及种植业中合理控制种群数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。数量、适时捕捞、采伐等提供理论指导。（3 3）通过研究种群数量变动规律，为害虫的）通过研究种群数量变动规律，为害虫的预测及防治提供科学依据。预测及防治提供科学依据。（4 4）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。）有利于对濒危动物种群的拯救和恢复。家鼠繁殖力极强，善于打洞，偷家鼠繁殖力极强，善于打洞，偷吃粮食，传播疾病危害极大，应该采吃粮食，传播疾病危害极大，应该采取哪些措施控制家鼠数量？取哪些措施控制家鼠数量？有害生物的控制有害生物的控制老鼠老鼠机械捕杀机械捕杀施用激素施用激素药物捕杀药物捕杀施用避孕药施用避孕药养殖或释放养殖或释放天敌天敌将食物储存将食物储存在安全处在安全处降低降低繁殖率繁殖率减少减少数量数量增大环境阻力增大环境阻力降低环境容纳量降低环境容纳量打扫卫生打扫卫生硬化地面硬化地面时间时间种种群群数数量量1.1.减少数量减少数量机械捕杀机械捕杀药物捕杀药物捕杀J型型环境阻力环境阻力时间时间种种群群数数量量K值值2.2.增大环境阻力降低环境容纳量增大环境阻力降低环境容纳量S型型K值降低值降低J型型环境阻力环境阻力时间时间种种群群数数量量2.2.增大环境阻力降低环境容纳量增大环境阻力降低环境容纳量1.1.减少数量：减少数量：机械捕杀、药物捕杀机械捕杀、药物捕杀哪种措施较能从实质上解决问题哪种措施较能从实质上解决问题?2.2.增大环境阻力降低环境容纳量：增大环境阻力降低环境容纳量：养殖或释放天敌、打扫卫生、养殖或释放天敌、打扫卫生、硬化地面、将食物储存在安全处硬化地面、将食物储存在安全处3.3.降低繁殖率：降低繁殖率：性激素干扰等性激素干扰等课堂讨论课堂讨论A.大熊猫食性单一、繁殖率低、大熊猫食性单一、繁殖率低、生活在海拔较高的山岭里，活动范围生活在海拔较高的山岭里，活动范围需求广。需求广。试分析大熊猫数量日益减少的原试分析大熊猫数量日益减少的原因因?你能提出保护大熊猫措施吗？你能提出保护大熊猫措施吗？保护大熊猫的措施？保护大熊猫的措施？提高繁殖率提高繁殖率,建立自然保护区，给大建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生活空间，熊猫更宽广的生活空间，保护环境，改善她们的保护环境，改善她们的栖息环境，帮助减少其栖息环境，帮助减少其环境阻力从而提高环境环境阻力从而提高环境容纳量，是保护大熊猫容纳量，是保护大熊猫的的根本措施根本措施。大熊猫数量日益减少的原因大熊猫数量日益减少的原因？自身繁殖率低自身繁殖率低食性单一食性单一气候变迁气候变迁栖息地的丧失等栖息地的丧失等C.在渔业捕捞问题上，人们总是希在渔业捕捞问题上，人们总是希望捕到更多的鱼。如果捕捞量长期过高望捕到更多的鱼。如果捕捞量长期过高,种群的数量会发生什么样的变化呢种群的数量会发生什么样的变化呢?我我们应该怎样来确定们应该怎样来确定合适的捕捞量才能合适的捕捞量才能即不危机鱼类种群即不危机鱼类种群的持续发展的持续发展,又能获又能获得较高的鱼产量得较高的鱼产量?课堂讨论课堂讨论时间时间种种群群数数量量K环境阻力环境阻力J型型S型型种群数量的恢复需较长时间。种群数量的恢复需较长时间。如果外界的环境发生剧烈变化，种群还如果外界的环境发生剧烈变化，种群还有可能绝灭有可能绝灭.1.1.如果长期过度捕捞如果长期过度捕捞:2.2.捕捞量的确定捕捞量的确定:K/2捕捞量捕捞量K/2K/2值。值。这样既有利于种群的可这样既有利于种群的可持续发展，持续发展，又可获得较大收益。又可获得较大收益。小结小结1、条件：、条件：2、发生时期：、发生时期：3、特点：、特点：一、一、“J”型曲型曲线线二、二、“S”型曲线型曲线1 1、环境容纳量、环境容纳量2 2、产生原因：、产生原因：3 3、特点：、特点：三、影响种群数量变化的因素：三、影响种群数量变化的因素：四、研究种群数量变化的意义：四、研究种群数量变化的意义：D D巩固练巩固练习习培养液中培养液中酵母菌酵母菌种群数量的变化种群数量的变化一般步骤一般步骤:(1)(1)提出问题：培养液中酵母菌种群是怎样随时间变化的？提出问题：培养液中酵母菌种群是怎样随时间变化的？(2)(2)作出假设：作出假设：。(3)(3)讨论探究思路：讨论探究思路：问题问题(4)(4)制定计划：制定计划：(5)(5)实施计划：实施计划：(6)(6)分析结果，得出结论：分析结果，得出结论：(7)(7)表达和交流：表达和交流：(8)(8)进一步探究：进一步探究：酵母菌出芽生殖酵母菌的新陈代谢类型酵母菌的新陈代谢类型:兼性厌氧型兼性厌氧型C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量能量酶酶无氧呼吸无氧呼吸C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量能量酶酶有氧呼吸有氧呼吸1 1 怎样进行酵母菌的计数？怎样进行酵母菌的计数？2 2 从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻从试管中吸出培养液进行计数之前，建议你将试管轻轻振荡几次。这是为什么？轻振荡几次。这是为什么？3 3 本探究需要设置对照吗？如果需要请讨论对照组应怎本探究需要设置对照吗？如果需要请讨论对照组应怎样设计和操作；如果不需要，请说明理由。样设计和操作；如果不需要，请说明理由。4 4 需要做重复实验吗？需要做重复实验吗？5 5 怎样记录结果？记录表怎样设计？怎样记录结果？记录表怎样设计？6 6 如果一个小方格内酵母菌过多，难以计数，应采取怎如果一个小方格内酵母菌过多，难以计数，应采取怎样的措施？样的措施？7 7 对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？对于压在小方格界线上的酵母菌，应当怎样计数？实验步骤：实验步骤：（1 1）取培养液）取培养液1010毫升加入到试管中，先通过显毫升加入到试管中，先通过显微镜观察，估算出微镜观察，估算出1010毫升培养液中酵母菌的初毫升培养液中酵母菌的初始数量（始数量（N N。）。）。注意，从试管中吸取培养液进行计数之前，先注意，从试管中吸取培养液进行计数之前，先将试管振荡几次，这样求得的培养液中的酵母将试管振荡几次，这样求得的培养液中的酵母菌数量误差菌数量误差 。（2 2）每天定时观察记录数值，对于观察时压在）每天定时观察记录数值，对于观察时压在小方格界限上的酵母菌应取小方格界限上的酵母菌应取 记数。记数。（3 3）以）以 为横坐标，酵母菌的数量为纵为横坐标，酵母菌的数量为纵坐标，绘制坐标，绘制 结果分析：酵母菌在培养液中开始呈结果分析：酵母菌在培养液中开始呈 增长，经增长，经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，呈过一定时间的增长后，数量趋于稳定，呈 增长。增长。最小最小 平均值平均值 时间时间 种群增长曲线种群增长曲线“J”型型“S”型型 如果种群处在一个理想的环境中，没有资源和如果种群处在一个理想的环境中，没有资源和空间的限制，种群内个体的增长曲线是空间的限制，种群内个体的增长曲线是 ，用达尔文进化的观点分析，这是由于生物具有用达尔文进化的观点分析，这是由于生物具有 的特征。如果将该种群置于的特征。如果将该种群置于有限的环境中，种群的数量增长曲线是有限的环境中，种群的数量增长曲线是 ，用达尔文进化观点分析，图中阴影部分表用达尔文进化观点分析，图中阴影部分表示示 。影响种群密度的因素有影响种群密度的因素有 。A过度繁殖过度繁殖B通过生存斗争被淘汰的个体数量通过生存斗争被淘汰的个体数量出生率、死亡率、迁入、迁出、出生率、死亡率、迁入、迁出、性别比、年龄组成、气候、食性别比、年龄组成、气候、食物、天敌、人类活动等物、天敌、人类活动等时间时间种种群群数数量量AB巩固练习巩固练习在一个相对封闭的小型牧场内，迁入一小在一个相对封闭的小型牧场内，迁入一小群绵羊，群绵羊，8 8年后发展到年后发展到500500只左右，这个羊只左右，这个羊群数量会群数量会 A A、维持在一个水平上、维持在一个水平上 B B、不断下降、不断下降C C、缓慢上升、缓慢上升 D D、迅速上升、迅速上升A A下列因素能引起种群密度增大的有下列因素能引起种群密度增大的有 。A A、种群中幼年个体增多、种群中幼年个体增多 B B、种群性别比例改变、种群性别比例改变C C、环境中温度条件适宜、环境中温度条件适宜 D D、种群中幼年个体减少、种群中幼年个体减少E E、环境中天敌增多、环境中天敌增多 F F、寄生生物减少、寄生生物减少F F 2.提示：提示：（1）以年份为横坐标，种群数量为纵坐）以年份为横坐标，种群数量为纵坐标，根据表中数字画曲线。标，根据表中数字画曲线。（2）食物充足，没有天敌，气候适宜等。）食物充足，没有天敌，气候适宜等。（3）作为食物的植物被大量吃掉，导致）作为食物的植物被大量吃掉，导致食物匮乏；自然灾害等。食物匮乏；自然灾害等。拓展题拓展题 这是涉及最大持续产量的问题。关于最大这是涉及最大持续产量的问题。关于最大持续产量，可以查阅生态学专著。还可以请教持续产量，可以查阅生态学专著。还可以请教有经验的人或访问相关网站，了解单位面积水有经验的人或访问相关网站，了解单位面积水面应放养的鱼的数量。面应放养的鱼的数量。